Use of Magnet Technology for Phosphate Elimination from Municipal Sewage

The present report describes the set-up and first operation results of a novel carousel magnetic separator. This carousel magnetic separator is suitable for continuous separation of magnetized particles from water. Continuous operation is achieved by a segmented rotating separation matrix. This matrix also allows the use of low-cost permanent magnets, by means of which magnetic fields of up to 0.5 T can be generated without energy consumption. The suitability of a first prototype of this carousel magnetic separator was tested for elimination of magnetite-containing iron phosphate and iron hydroxide flocs. These flocs result from conventional precipitation/flocculation of municipal sewage with FeCl₃ and the addition of magnetite particles generated by wet-chemical processes. First results demonstrate that the carousel magnetic separator can reduce phosphate concentrations of up to 14 mg/L PO₄^3–-P in the inlet to below 1 mg/L PO₄^3–-P in the outlet at filtration rates of about 40 m/h. Magnetite dosage in the range of 50 mg/L affects phosphate precipitation positively via a slight reduction of the precipitant volume. However, the total amount of chemicals required for phosphate elimination is increased by the substances needed for magnetite production. Therefore, a further reduction of magnetite dosage must be achieved.     

空间波数混合域磁异常场积分解三维数值模拟

本文提出一种空间波数混合域磁异常场三维数值模拟方法.该方法利用磁位三维空间域积分为卷积的特点,沿水平方向进行二维傅里叶变换,把空间域磁位满足的三维积分问题转化为不同波数之间相互独立的垂向一维积分问题.保留垂向为空间域,优势之一在于便于浅层单元剖分可适当加密,随着深度增加,单元剖分适当稀疏,可以准确模拟任意复杂地形和磁性体的磁异常,兼顾了计算精度与计算效率;优势之二在于一维积分垂向可离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征磁化强度,可得出单元积分的解析表达式,计算精度高、效率高.该方法充分利用一维形函数积分的高效和高精度、快速傅里叶变换的高效性及算法高度并行性,实现了磁异常场高效、高精度的数值模拟.设计棱柱体模型,将模型解析解与空间波数混合域法的数值解对比,结果表明该方法计算精度高、效率高.设计了组合棱柱体复杂模型,对比分析了标准FFT扩边法与Gauss-FFT法的计算精度与计算效率,总结了标准FFT的扩边系数选取策略.针对任意复杂地形条件下的磁异常模拟问题,本文提出一种适用于起伏地形条件下的磁异常场快速计算方法,并对其有效性进行了验证.     

基于等效源的总强度磁异常非线性处理方法

总强度磁异常(ΔT1)常规处理方法通常将其近似当作磁异常矢量在地磁正常场方向上的投影(ΔT2).然而对于高磁环境如磁铁矿处的磁异常场幅值可达104 nT甚至更大的情况,上述近似假设则不再成立,如采用常规处理方法可能会带来明显的误差.本文针对该问题,提出一种基于等效源的总强度磁异常非线性处理方法;该方法根据总强度磁异常获取流程,直接反演实测地磁场总强度幅值与正常场强度幅值之差来求取等效场源.本文首先通过模型试验,分析ΔT1与ΔT2的差异;然后将ΔT1当作ΔT2采用常规处理方法以及ΔT1采用新方法得到的结果作对比分析,结果表明新方法处理结果与理论值的差异为常规方法处理结果的1/5甚至更小,充分说明了新方法的有效性;最后将该方法应用于铁矿实测总强度磁异常处理实例中来转换计算磁异常总模量,其实际应用效果进一步体现了高幅值总强度磁异常数据处理过程中采用新方法的必要性.     

基于能量运算的磁共振信号尖峰噪声抑制方法

磁共振探测信号微弱,使用高灵敏度的核磁共振地下水探测仪,极易受到环境噪声干扰.其中,工频谐波噪声和尖峰噪声,是影响信号质量最严重的两类噪声.国内外研究表明,通过参考线圈的布设,依据探测线圈和参考线圈中噪声相关性,利用自适应参考对消算法,能够有效抑制工频谐波噪声.然而,尖峰噪声的存在严重影响了主通道与参考道的数据相关性,成为了参考对消算法应用的难题与障碍.为解决这一问题,本文提出磁共振信号中尖峰噪声的抑制方法,推导了能量域磁共振信号表达式,通过计算信号能量,可有效检测尖峰噪声并突出不易识别的小幅度尖峰噪声,采用基于中位数的绝对偏差法确定阈值,进而剔除尖峰噪声.为了验证去噪效果,与应用较广的统计叠加法进行对比研究.仿真结果表明,对于干扰幅度较大、持续时间较长的尖峰噪声,能量运算法和统计叠加法均能识别并剔除,且不损失有效的磁共振信号,标准差偏差控制在0.3%以内,可以满足实际应用的要求;对于小于信号幅度1.5倍的尖峰噪声,能量运算法可有效识别并剔除,而统计叠加法无法实现.针对多通道探测系统,使用能量运算法剔除尖峰噪声后,可明显提高主通道和参考道的数据相关性,为后续自适应参考对消算法的应用奠定了基础.实测数据处理结果进一步证明了本文方法的实用性.     

花东海盆浊流沉积的磁性特征及其环境意义

对取自台湾以东花东海盆GX168孔的浊流沉积物进行系统的岩石磁学研究,揭示其沉积学和岩石磁学特征,分析其物源和形成机制.研究结果显示,剖面上共识别出12层浊流沉积物,其分布存在规律,下部350~700cm共发育11层浊流沉积物,而0~350cm仅出现1层浊流沉积物.浊流沉积物粒径明显较背景沉积物粗,石英、长石含量更高,底部与下伏背景沉积呈突变接触,顶部与上覆背景沉积呈渐变接触,内部发育典型的正粒序韵律结构.浊流沉积物和背景沉积物具有相似的磁学特征,两者均以磁铁矿为主要载磁矿物类型,且磁铁矿颗粒均以准单畴和多畴颗粒为主.同时,两者也存在一定差异,浊流沉积物中磁铁矿较背景沉积物更为富集,磁化率和饱和等温剩磁更强,磁铁矿粒径更粗,这与浊流沉积物原始沉积区更靠近物源区有关.花东海盆浊流沉积形成的诱发机制可能是末次冰期以来频发的海平面波动造成陆坡之上沉积物重力失稳,导致陆坡沉积物向海盆搬运.     

北京密云水库表层沉积物磁性矿物的鉴别

本文对密云水库表层沉积物中的磁性矿物进行了岩石磁学和透射电子显微学的综合研究.本实验建立的磁选方法实现将70%~85%左右的磁性矿物从沉积物中分离出来.岩石磁学研究表明,密云水库沉积物中的磁性矿物以多畴和单畴磁铁矿为主,还含有少量高矫顽力弱磁性载磁矿物(可能为赤铁矿).对磁选矿物的透射电镜观测表明,样品中部分单畴磁铁矿具有纳米尺寸和化学纯度高等特点,为拉长的立方-八面体磁铁矿,是趋磁细菌产生的化石磁小体;多畴磁铁矿多数具有微米尺寸,形状不规则,为碎屑成因;超顺磁磁铁矿粒径约为5~20nm,且含硅、铝等元素,可能为自生成因.研究结果表明,岩石磁学和透射电子显微学的综合应用可以更全面、准确地分析沉积物中磁性矿物的成分、含量、粒径和化学成分等信息,为环境磁学、生物地磁学和古地磁学研究提供依据.     

数据空间磁异常模量三维反演

强剩磁的存在通常导致了总磁化强度方向未知,进而影响了磁异常的反演和解释.磁异常模量是一种受磁化方向影响小的转换量,可以在强剩磁条件下通过反演三维磁化强度大小分布来推测场源分布状态.我们提出了一种数据空间磁异常模量反演算法来减少剩磁的影响.与标准的模型空间L2范数正则化反演方法相比,我们的方法有两个优点:一是无需搜索正则化参数(需要反复求解非线性反演问题),因而可以减少计算时间;二是反演结果更加聚焦,深度分辨率更高,我们对此进行了原因分析.通过模型和实测数据测试证明了该算法的有效性和更好的反演效果.     

航空瞬变电磁法对地下典型目标体的探测能力研究

航空电磁法的探测能力受飞行高度、发射波形、发射磁矩和发射基频等因素的影响,致使不同分量间的勘探能力存在差异.航空电磁如对所有磁场和磁感应分量、on-和off-time数据进行观测和解释,不仅数据量大、耗时长,而且出现大量冗余数据.目前国内针对此问题尚无系统解决方法.本文针对吊舱式直升机航空电磁系统,采用积分方程法求解频率域响应,经汉克尔变换转换到时间域,计算了地下三维目标体的B和dB/dt时间域响应.利用异常体响应与背景场响应作比值,并通过设定响应阀值定义最大勘探深度,进而分析不同发射波形、不同分量以及on-和off-time期间的航空电磁系统的探测能力.基于本文分析手段,可根据实际勘探目标,确定一套探测能力较强的航空电磁最佳参数组合,为野外测量和数据处理提供技术指导,高效完成勘探任务.     

木卫二尾迹的数值模拟

木卫二在木星磁层中运动,与快速共转的木星磁场相互作用形成木星极光中木卫二的尾迹,此尾迹反映了连续扰动的磁通量管对木星电离层电流注入的过程.本文应用细丝理论对此过程进行数值模拟,未扰动的上游磁通量管经过大约720 s的时间与木卫二作用形成角度约为4°且相对于木卫二静止的拉伸磁通量管,随后在磁张力的作用下加速运动.在随后大约2160 s的加速时间内,磁通量管的速度逐渐与背景磁力线接近,向木星电离层注入的电流也由9×10⁵A逐渐衰减至0.以1/e初始电流处认为是可观测的木卫二尾迹限度,则木卫二的尾迹仅大约有一至两个经度,这与哈勃望远镜观测到的木卫二尾迹大小大致相同.木卫二尾迹与木卫一尾迹相比,输送的能量约为2.3×10¹³J,仅有木卫一的1/10,导致尾迹长度远小于木卫一的尾迹长度.此外,模拟过程中发现木卫二下游的压力槽对磁通量管运动的影响很小,可以忽略.